Dana M. Small, Alexandra G. DiFeliceantonio
과학 25 1 월 2019 :
Vol. 363, Issue 6425, pp. 346-347
DOI : 10.1126 / science.aav0556
장에서 뇌로 영양 정보를 전달하는 신호는 식품 강화 및 식품 선택을 규제합니다 (1-4). 특히, 중추 신경 계산이 선택을 수행하지만, 장 신경계는 선택의 영양 결과에 관한 정보를 뇌에 전달하여 음식 값의 표현이 업데이트 될 수 있도록한다. 여기, 우리는 장뇌 신호의 충실도를 제안하는 최근 연구 결과에 대해 논의하고 가공 식품에 의해 식품 가치의 결과적 표현이 손상됩니다 (3, 4). 이 축을 이해하면 가공 식품 및 비만과 관련된 사료 공급 행동에 대해 알 수 있습니다.
1947에서 설치류에게 다양한 양의 이소 칼로리식이를 공급 한 실험에 따르면 설치류는 며칠 동안 일정한 칼로리 섭취를 유지하기 위해 소비되는 음식의 양을 정확하게 적정하여“쥐가 칼로리를 먹는다”(5). 이것은 섭취량을 유도하기 위해 음식의 에너지 가치를 뇌에 전달하기 위해 신호가 생성되어야 함을 암시했습니다. 나중에 다른 사람들은이“포스팅 후 (post-estestive)”신호가 동물이 소비하지 않은 것과 비교하여 칼로리로 소비되는 풍미에 대해 선호도를 형성 할 수 있음을 보여줌으로써이를 강화할 수 있음을 확인했습니다 (FNC).6). 중요하게도, FNC는 수반되는 구강 감각 자극이없는 경우에도 발생하며, 이로 인해 사후 신호를 주요 강화제로 분리합니다.7). 예를 들어, 단 맛을 전달하는 신경 생물학적 기계가없는 동물은 물과 비교하여 자당을 함유 한 물에 대한 선호를 형성하지만, 이러한 행동은 자극과 학습에 필요한 뇌 영역 인 선조체의 세포 외 도파민의 상승을 동반한다. 그러나 비판적으로, 혈당을 연료로 사용하는 세포의 능력을 차단하는 항 대사제 2- 데 옥시 글루코스의 주입은 세포 외 도파민 및 선호도 형성을 약화시킨다 (1). 이러한 신호는 포도당의 위내 주입 후 세포 외 도파민의 증가가 빠르기 때문에 내분비 계가 아닌 신경계 일 가능성이 높다 (즉, 호르몬).8). 또한, 문맥에서 비 대사성 포도당이 아닌 포도당의 주입은 세포 외 도파민을 증가시킨다 (8). 총체적으로 이것은 동물에서 설탕 (탄수화물) 강화를 유도하는 무조건 자극이 세포가 연료에 포도당을 사용할 때 생성되는 대사 신호임을 암시합니다. 이 신호는 문맥에서 메카니즘에 의해 감지 된 후 뇌로 전달되어 도파민 신호를 조절합니다 (그림 참조). 대사 신호, 센서 및 뇌로 전달되는 방법의 정확한 특성은 알려져 있지 않습니다.
비슷한 메커니즘이 인간에게 작용한다는 증거가 있습니다. Neuroimaging 연구에 따르면 칼로리를 예측하는 음식 신호가 사람의 선조체를 활성화시키고 이러한 반응의 크기가 대사 신호에 의해 조절된다는 사실이 밝혀졌습니다.9). 구체적으로, 탄수화물 함유 음료의 소비 후 혈장 포도당의 증가는 음료의 시력 및 맛에 대한 조절 된 선조체 반응의 크기를 예측한다. 포도당이 연료로 사용되기 위해 존재해야하기 때문에, 이것은 동물에서와 같이 인간에서 탄수화물 강화가 포도당의 존재와 관련된 대사 신호에 의존한다는 것을 시사한다. 또한, 인간에서의 관찰은 대사 신호의 뇌 표현이 음식 섭취와 같은 의식적 인식과 무관하다는 것을 시사한다. 혈장 포도당의 변화에 너무 밀접하게 연결된 칼로리 예측 풍미 단서에 대한 동일한 선조 반응은 참가자의 음료 선호도와 무관했습니다. 이것은 추정 된 에너지 밀도 또는 음식 그림의 정격 취향이 아니라 실제 에너지 밀도가 음식에 대한 지불 의지와 선조 적 보상 회로 반응을 예측한다는 추가 신경 영상 연구와 일치합니다.3, 10). 이러한 관찰은 이러한 강화 영양 신호의 신경 표현이 음식에 대한 의식적 인식과 무관하다는 것을 시사한다. 흥미로운 신호는 신진 대사 신호가 동기 유발의 중요한 생성기 (신호가 동기를 부여하는 방법)가되고,이 신호에 의해 시작된 뚜렷한 경로가 음식을 원하는 것과 신경을 쓰는 회로에 매핑된다는 것입니다 (11).
지질은 탄수화물과 다르게 대사되는 또 다른 중요한 에너지 원입니다. 따라서 지방의 에너지 가치가 뇌에 전달되는 경로가 다릅니다. 지방의 산화를 차단하면 지방 식욕이 증가하고 포도당 산화를 차단하면 설탕 식욕이 증가합니다. 그러나 생쥐의 혈관 조영술 (미주 신경 절단 수술)은 지방에 대한 증가 된 식욕을 방해하여 포도당 식욕에 영향을 미치지 않습니다 (12). 일관되게, 포도당과 같이, 지질을 장에 직접 주입하면 세포 외 선조체 도파민이 즉시 상승합니다. 그러나 이것은 peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα) 특이 적 메카니즘 (2). PPARα는 소장에서 십이지장 및 공장 장 세포에 의해 발현되고, 아직 알려지지 않은 메커니즘을 통해 미주 신경에 신호를 보낸다. 포도당에 의한 선조체 도파민 방출과 같이, 도파민의 증가는 빠르며, 이는 내분비 신호보다는 신경과 일치한다. 또한, 오른쪽 코의 신경절, 뒷뇌, 수정체, 등쪽 선조로 돌출하는 대장에서 이러한 vagal 감각 뉴런의 활성화는 보상 학습을 지원하고 (장소 선호) 쥐에서 선조체 도파민을 방출하기에 충분합니다 (13). 이 경로가 인간에게 존재하는지 여부는 불분명하고, 다른 지질 및 영양소에 대해 이러한 대사 신경 구 심성 (MNA) 경로가 존재하는지 여부가 연구되고있다.
음식 강화를 지원하는 무조건 자극이 MNA 신호이며, 적어도 때때로 감각적 즐거움과 무관하다는 발견은 놀랍습니다. 그러나 더 깊이 반사하면이 솔루션의 우아함이 드러납니다. 모든 유기체는 생존하기 위해 에너지를 조달해야하며, 대부분 의식을지지하는 고차 뇌 기능이 부족합니다. 따라서이 메커니즘은 음식의 영양 학적 특성을 의식과 무관하게 먹이를 조절하는 뇌의 중앙 회로로 전달하도록 설계된 보존 시스템을 반영하여 음식이 유용한 에너지 원만큼 강화되도록합니다. 따라서, 장에서 뇌로 영양 정보를 충실하게 전달하는 것이 정확한 가치 평가에 중요하다.
현대식 음식 환경이 비만과 당뇨병을 촉진한다는 것은 분명하지만, 이러한 일이 발생하는 정확한 메커니즘을 둘러싼 논쟁이 있습니다. 현대의 가공 식품은 에너지 밀도가 높고, 가능한 저항 할 수 없도록 설계되었으며, 이전에는 없었던 복용량과 조합의 영양소를 제공합니다. 에너지 신호가 강화를 유도하기 때문에, 복용량을 늘리면 가공 식품의 강화 및“중독”가능성이 높아질 수 있습니다. 그러나 이것이 당뇨병과 비만 증가에 기여하는 유일한 요인은 아닙니다.
기호성을 높이기 위해 비 영양 감미료 (열량 성분이없는 물질)가 영양 설탕과 전분을 포함하는 식품 및 음료에 자주 첨가됩니다. 예를 들어, 설탕-가당 음료는 영양이없는 감미료 인 수크랄로스 및 아 세설 팜 K뿐만 아니라 영양이있는 설탕 포도당과 과당을 함유합니다. 요거트에는 종종 영양 설탕과 스테비아 잎 추출물과 같은 비 영양 감미료가 들어 있습니다. 식료품 점에서 식품 라벨을 간략하게 살펴보면 영양 설탕과 비 영양 감미료가 모두 포함 된 식품 및 음료의 많은 예가 나타납니다. 대조적으로, 가공되지 않은 음식에서 단맛은 음식의 설탕 함량에 비례하며 따라서 열량 (에너지) 함량에 비례합니다. 최근의 증거에 따르면 영양 설탕과 비 영양 감미료의 조합을 함유 한 제품은 놀라운 대사 및 강화 효과를 나타냅니다. 예를 들어, 115-kcal 음료를 섭취하면 단맛이 너무 달거나 단단하지 않은 경우와 비교하여 단맛이 칼로리 부하와“일치”하면 열 발생 효과가 더 커집니다 (4). 식이 유발 열 발생 (DIT)은 영양소 대사의 지표이며 대사 반응은 MNA를 통한 강화를 유발하기 때문에, 저칼로리 "일치하는"음료는 더 높은 칼로리의 "일치하지 않은"음료보다 더 좋아하는 음료수와 선조적인 반응을 조절할 수 있습니다.4). 중요한 것은 혈장 포도당이 상승하더라도이 효과가 발생한다는 것입니다. 이것은 인간과 마찬가지로 동물에서와 같이 장이나 혈액에 영양분이 존재하여 강화를 유도하는 것이 아니라 영양분이 중요한 연료로 사용될 때 MNA가 생성됨을 보여줍니다. 인간에서 이러한“미스 매치”효과의 배후 메커니즘은 알려져 있지 않으며 추가 연구가 필요합니다. 특히 대사되지 않은 포도당의 운명을 이해하고 당뇨병과 비만에 영향을 미치는지 여부를 결정하는 것이 중요한 미래 방향입니다. 영양 설탕과 비 영양 감미료를 함유 한 음료의 에너지 가치가 적어도 일부 상황에서 뇌에 정확하게 전달되지 않아 보상 보상뿐만 아니라 부정확 한 신호가 생성 될 수 있음이 분명합니다. 또한 에너지 저장 및 영양분 분배와 같은 공정.
신진 대사 신호를 뇌로 강화
신진 대사 신경 구심 (MNA) 신호를 강화하기 위해이 제안 된 모델에서 지방에 대 한 신호는 오른쪽 nodose 신경 절, 뒷뇌, 실질 nigra 및 등 지 선으로 돌출하는 vagal 감각 구심의 PPARα 중재 활성화에 따라 달라집니다. 탄수화물에 대한 신호는 포도당 산화 과정에서 생성되며 알 수없는 문맥 정맥 센서를 활성화시켜 줄무늬에 투영되는 중뇌 도파민 뉴런을 활성화시키는 신호를 유도합니다. 독립 피질 네트워크는 MNA 신호를 의식적인 가치와 통합합니다.
그래픽 : A. KITTERMAN /과학
장뇌 신호의 손상된 충실도의 두 번째 예는 주로 지방, 주로 탄수화물 또는 지방과 탄수화물을 모두 포함하는 식품의 강화 가치를 비교 한 연구에서 비롯됩니다 (3). 지방과 탄수화물이 모두 높은 식품은 가공되지 않은 식품에서 쉽게 발견되지 않지만 종종 음식 갈망의 대상이됩니다 (예 : 초콜릿 및 도넛). 이 연구는 칼로리가 높고 좋아하는 음식을 선택하면서 사람들은 지방이나 탄수화물 만 함유 한 음식보다 지방과 탄수화물이 더 많은 음식을 원했으며, 이는 상가적인 선조 반응에 반영되었다는 것을 보여주었습니다.3). 이것은 일부 음식이 다른 음식보다 갈망하거나 더 견딜 수 없어서 과식에 역할을 할 수 있습니다.
이러한 새로운 발견은 음식 선택을 주도하는 두 개의 분리 가능한 시스템을 가리킨다. 하나의 시스템은 식품의 영양 가치를 직접 반영하고 뇌에 도달하는 대사 신호 (MNA)에 의존합니다. 이 영양소 감지 시스템은 선조체 도파민을 조절하고 음식의 가치를 결정하며 음식을 선택하는 데 중요한 역할을하는 것으로 보입니다. 두 번째 시스템에서, 음식의 칼로리 함량, 비용 및 건강에 대한 풍미 및 신념과 같은 의식적 인식은 음식 선택의 중요한 결정 요인입니다 (14, 15). 가치에 대한 의식적 기여자와 관련된 신경 계산은 MNA의 영양 강화 신호와 관련된 것과는 다르며 전전두엽 피질과 절연 피질 내의 회로에 의존하는 것으로 보인다 (9). 두 시스템이 상호 작용하여 섭취 행동과 영양소 대사를 조절하는 방법을 결정하는 것은 연구의 중요한 주제입니다.
가공 식품의 영양 성분이 뇌로 정확하게 전달되지 않는다는 증거가 있습니다. 이것은 음식의 에너지 밀도 또는 기호성을 넘어서 음식이 조리되고 가공되는 방식이 과식 및 대사 기능 장애를 촉진 할 수있는 예기치 않은 방식으로 생리학에 영향을 미칠 가능성을 높입니다. 가공 식품의 특성이 장뇌 경로와 상호 작용하는 방식에 대한 이해가 중요하며, 이러한 효과가 포만 신호, 식품의 중독성 특성, 대사 건강 및 비만에 영향을 미치는지 여부를 결정합니다. 또한 지방과 탄수화물에 중점을두고 있지만 식품 선택을 유도하기 위해 다양한 영양 정보를 뇌에 전달하는 신호 경로가 여러 개있을 수 있습니다. 이러한 경로는 가공 식품의 영향을받을 수 있습니다.
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감사 인사 : 우리의 관점을 형성하는 데 도움을 주신 I. de Araujo, A. Dagher, S. La Fleur, S. Luquet, M. Schatzker 및 M. Tittgemeyer에게 감사드립니다. 우리는 암시 적 학습에 대한 그녀의 선구자 적 업적으로 B. Milner를 인정합니다.
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